一种动态可视化打靶试验台及试验方法技术

本发明专利技术的动态可视化打靶试验台，包括工作台、缸套、活塞、驱动电机和液压站，特征在于：活塞中设置有内冷油腔，工作台上设置有调节块，调节块上固定有喷嘴，喷嘴经管路与液压站相连接，通过移动调节块使喷嘴轴线与进油道轴线在同一直线上；缸套和活塞均由透明材料构成，包括可装于喷嘴出口、进油道进口、出油道出口上的流量计。本发明专利技术的动态可视化打靶试验台，通过将缸套、活塞设置为透明形式，便于观察活塞往复运动过程中冷却液进出内冷油腔的过程，以及观察和分析内冷油腔中气泡分布、大小，以计算含气率。通过设置可置于喷嘴、进油道、出油道上的流量计，实现了捕捉率、填充率的计算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种动态可视化打靶试验台及试验方法，更具体的说，尤其涉及一种对设置有内冷油腔的活塞工作过程中的捕捉率、填充率及含气率进行测量和分析的动态可视化打靶试验台及试验方法。
技术介绍
近年来，为满足发动机低排放、轻量化、高功率密度等要求，高压共轨、废气再循环以及低压缩高等技术不断升级，这使得作为发动机心脏的活塞其热负荷急剧增加。过高的活塞温度会带来一系列问题，如材料强度急剧下降，裙部翘曲拉缸，机油结焦导致活塞环卡死，温差过大产生低周疲劳，另外顶面温度过高还会降低充量系数，诱发早燃，进而出现顶部烧蚀以及发动机功率不足、油耗增大、有害排放物增加等现象，因此亟需采取有效措施降低活塞温度。目前，最有效的冷却方式是设置内冷油腔。现有设计中多数中-重型柴油机活塞和部分轻型柴油机活塞、汽油机活塞带有此种结构，研究证明，设计良好时流经油腔的冷却液能带走约50％的热量。冷却液在油腔内特有的振荡流动，其中发动机转速、活塞行程、机油喷射速度、油腔截面形状等均会对冷却液的捕捉率、填充率、湍流强度以及流动特性等产生影响，进而改变冷却效果，通过实验及数值模拟分析，发现40％～60％的填充率有利于形成较强的湍流及传热效果，但初始条件-循环特性-冷却效果之间量化的影响规律尚需进一步研究确定。另外，机油进入到油腔后，由于振荡及湍流作用还会产生众多的气泡，形成气-液两相流动，其中两相分布、速度、含气率等对流体流型、导热能力等具有决定性作用。由此可见，内冷油腔流动传热对活塞的冷却至关重要，已成为内燃机活塞传热领域的研究热点。以下三方面因素将对活塞内冷油腔冷却产生重要影响：第一，内冷油腔进油口的捕捉率，油腔进口流量与喷嘴出口流量的比值，随着比值增大，油腔内的填充率增大，影响内冷油腔的传热特性；第二，内冷油腔的尺寸和结构，不同结构和大小的内冷油腔使得冷却液与壁面的接触不同，进而影响冷却液和内冷油腔之间的换热。第三，油腔中冷却液的振荡流动特性，活塞沿气缸轴向高速往复运动，喷油嘴则在气缸底部以一定速度向油腔入口喷射机油，使得冷却液在不同条件下产生不同的振荡特性，因此冷却液的换热效果不同。现有的活塞打靶试验台能够随意设置活塞相对冷却喷嘴的运行区间，模拟不同冲程的活塞打靶，对于不同的试验方案，无需频繁拆卸活塞或者冷却喷嘴，但对于内冷油腔内流体的流动特性，内冷油腔进油口的瞬时捕捉率等无法确定。可见，现有的活塞打靶试验具有以下缺点：第一，仅对固定冲程时活塞打靶的打靶率进行试验，不能对瞬时动态打靶率进行试验；第二，仅能测量打靶率，不能对内冷油腔内流体的其他特性进行观察和探究；第三，不能实现喷油嘴与内冷油腔进口的定位，无法实现喷油与内冷油腔进油的同步测量。第四，无法实现内冷油腔的可视化。综上所述，如何提供一种动态可视化打靶试验台，使其可以实时监测活塞内冷油腔内流体的流动型态和内冷油腔的填充率并可以根据流量计所测得的值得到捕捉率和填充率之间的关系，是本领域的技术人员需要解决的技术问题。同时，根据试验中得到的气泡分布、大小、含气率以及各相折算速度等绘制流体流型图，判断相应条件下的流型，试验过程中改变机油流速、温度、发动机转速、油腔形状等，可揭示各因素对冷却液流型的影响程度及相应的流型转换机制。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种动态可视化打靶试验台及试验方法。本专利技术的动态可视化打靶试验台，包括工作台、缸套、活塞、驱动电机和液压站，缸套位于工作台的上方，活塞置于缸套中，驱动电机的输出
轴上固定有曲轴，曲轴上固定有驱使活塞往复运动的连杆；其特别之处在于：所述活塞中设置有内冷油腔，内冷油腔由横腔及与其相通的进油道、出油道组成，进油道、出油道的开口均朝下；工作台上设置有可在平面内移动的调节块，调节块上固定有喷嘴，喷嘴经管路与液压站相连接，通过移动调节块使喷嘴轴线与进油道轴线在同一直线上，以便向进油道中喷入冷却液；所述缸套和活塞均由透明材料构成，以便观察活塞往复运动过程中冷却液进出内冷油腔的过程，以及观察和分析内冷油腔中气泡分布、大小，以计算含气率；包括可装于喷嘴出口、进油道进口、出油道出口上的流量计，通过流量计对喷嘴出口流量、进油道进口流量、出油道出口流量的计量，以计算出冷却过程中的捕捉率和填充率。本专利技术的动态可视化打靶试验台，包括用于对液压站的工作状态进行控制的液压站控制面板、用于对驱动电机的工作状态进行控制的电机控制面板，在液压站控制面板和电机控制面板的控制作用下，使得活塞往复运动和喷嘴的喷油同步进行。本专利技术的动态可视化打靶试验台，所述缸套的下方设置有用于收集冷却液的接油盘，接油盘上设置有与液压站相连的管路，以便将收集的冷却液回流至液压站中。本专利技术的动态可视化打靶试验台，所述曲轴通过两固定座进行固定，以保证曲轴的转动；曲轴上固定有两平衡块，连杆位于两平衡块之间。本专利技术的动态可视化打靶试验台的试验方法，通过以下步骤来实现：a).喷嘴流量测量，将流量计安装于喷嘴上，启动驱动电机，通过流量计测量出喷嘴出口流量，设喷嘴出口流量为qjet；b).进入流量测量，将流量计从喷嘴上移除，然后将其安装于进油道的进口上，启动驱动电机，待运行平稳后，通过流量计测量T时间段内油腔进口流量，设为q(t)in；c).流出流量测量，将流量计从进油道的进口上移除，然后将其安装于出油道的出口上，启动驱动电机，待运行平稳后，通过流量计测量T时间段内油腔出口流量，设为q(t)out；d).捕捉率、填充率的计算，通过公式(1)计算捕捉率η： η = q i n q j e t × 100 % - - - ( 1 ) ]]>通过公式(2)计算填充率ψ： ψ = ∫ 0 T q i n d t - ∫ 0 T q o u t d 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态可视化打靶试验台，包括工作台(1)、缸套(3)、活塞(4)、驱动电机(5)和液压站(14)，缸套位于工作台的上方，活塞置于缸套中，驱动电机的输出轴上固定有曲轴(6)，曲轴上固定有驱使活塞往复运动的连杆(7)；其特征在于：所述活塞中设置有内冷油腔，内冷油腔由横腔(11)及与其相通的进油道(10)、出油道(12)组成，进油道、出油道的开口均朝下；工作台上设置有可在平面内移动的调节块(2)，调节块上固定有喷嘴(8)，喷嘴经管路与液压站(14)相连接，通过移动调节块使喷嘴轴线与进油道轴线在同一直线上，以便向进油道中喷入冷却液；所述缸套和活塞均由透明材料构成，以便观察活塞往复运动过程中冷却液进出内冷油腔的过程，以及观察和分析内冷油腔中气泡分布、大小，以计算含气率；包括可装于喷嘴出口、进油道进口、出油道出口上的流量计(9)，通过流量计对喷嘴出口流量、进油道进口流量、出油道出口流量的计量，以计算出冷却过程中的捕捉率和填充率。

【技术特征摘要】
1.一种动态可视化打靶试验台，包括工作台(1)、缸套(3)、活塞(4)、驱动电机(5)和液压站(14)，缸套位于工作台的上方，活塞置于缸套中，驱动电机的输出轴上固定有曲轴(6)，曲轴上固定有驱使活塞往复运动的连杆(7)；其特征在于：所述活塞中设置有内冷油腔，内冷油腔由横腔(11)及与其相通的进油道(10)、出油道(12)组成，进油道、出油道的开口均朝下；工作台上设置有可在平面内移动的调节块(2)，调节块上固定有喷嘴(8)，喷嘴经管路与液压站(14)相连接，通过移动调节块使喷嘴轴线与进油道轴线在同一直线上，以便向进油道中喷入冷却液；所述缸套和活塞均由透明材料构成，以便观察活塞往复运动过程中冷却液进出内冷油腔的过程，以及观察和分析内冷油腔中气泡分布、大小，以计算含气率；包括可装于喷嘴出口、进油道进口、出油道出口上的流量计(9)，通过流量计对喷嘴出口流量、进油道进口流量、出油道出口流量的计量，以计算出冷却过程中的捕捉率和填充率。2.根据权利要求1所述的动态可视化打靶试验台，其特征在于：包括用于对液压站(14)的工作状态进行控制的液压站控制面板(13)、用于对驱动电机(5)的工作状态进行控制的电机控制面板(15)，在液压站控制面板和电机控制面板的控制作用下，使得活塞(4)往复运动和喷嘴(8)的喷油同步进行。3.根据权利要求1或2所述的动态可视化打靶试验台，其特征在于：所述缸套(3)的下方设置有用于收集冷却液的接油盘(16)，接油盘上设置有与液压站(14)相连的管路，以便将收集的冷却液回流至液压站中。4.根据权利要求1或2所述的动态可视化打靶试验台，其特征在于：所述曲轴(6)通过两固定座(18)进行固定，以保证曲轴的转动；曲轴上固定有两平衡块(17)，连杆(7)位于两平衡块之间。5.一种基于权利要求1所述的动态可视化打靶试验台的实验方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：a).喷嘴流量测量，将流量计安装于喷嘴上，启动驱动电机，通过流量计测量出喷嘴出口流量，设喷嘴出口流量为qjet；b).进入流量测量，将流量计从喷嘴上移除，然后将其安装于进油道的进口上，启动驱动电机，待运行平稳后，通过流量计测量T时间段内油腔进口流量，设为q(t)in；c).流出流量测量，将流量计从进油道的进口上移除，然后将其安装于出油道的出口上，启动驱动电机，待运行平稳后，通过流量计测量T时间段内油腔出口流量，设为q(t)out；d).捕捉率、填充率的计算，通过公式(1)计算捕捉率η： η = q i n ...

【专利技术属性】
技术研发人员：章健，邓立君，刘世英，刘瑞，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：发明
国别省市：山东;37